MATLAB在物理教学中合成平面简谐波实例分析

摘要：随着计算机信息技术的发展，多媒体教学更多地被应用到了教学实践当中。现代教育理论认为：全面实施素质教育，传统教学陈旧的教学手段和简单的教学技术在当今世界的多层次教学、演示教学、实验教学等现代化课堂教学中就显得力不从心。Matlab是美国 MathWorks 公司自20 世纪80年代中期推出的软件，具有强大的绘图功能，使得教学中的抽象概念直观易解。本文以合成平面简谐波的实例来展示Matlab强大的绘图功能。

关键词： 中学物理；Matlab；波函数；位移

引言

Matlab是一套高性能的数值计算和可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的界面友好的用户环境。尤其是进行物理实验仿真，可解决原来实验的费时、费力、仪器损坏等问题。Matlab是一款很实用的图像仿真模拟软件。

一、平面简谐波实例分析

例：一余弦波在弦上传播，其波函数为：

，

式中x和y的单位为m，t的单位为s。

1.试求其振幅、波长、频率、周期和波速。

2.分别画出对应t=0.0025s和t=0.005s两时刻弦上的波形图。

解：由已知的波函数求波动的特征量，我们一般采用比较系数法，由

上式说明此简谐波向x正方向传播，将它与波函数的标准形式相比较得：

，

有：。

接下来我们就运用循环和选择语句来编画这个波形图的程序。

x=-0.25：0.001：0.25；

for i=0：2；

t=0.0025*i；

y=0.002*cos（pi*5*x-200*pi*t）；

if i==0；

plot（x，y，"k--."）；

hold on；

grid on；

elseif i==1；

plot（x，y，"r--."）

elseif i==2；

plot（x，y，"b--."），title（"平面波的波形图"）；

end

end

保存再运行，可得波动曲线如下图：

二、结论

随着信息技术的飞速发展，教育的需求越来越难满足。如何能够充分利用好日新月异的信息技术，使其更好地服务于教学工作是我们每一名教师的责任。笔者探讨了如何利用Matlab绘制平面简谐波的问题，得到如下结论：

（1）Matlab 功能强大，可满足中学媒体教学中函数图形的绘制工作。

（2）Matlab 简洁易用，尤其对于物理教学而言，掌握十几个常用的函数命令就足以满足教学的需要。

（3）Mablab绘制图形容易修改，图形视觉效果明显，可以充分调动学生的学习兴趣。同时其三维空间的不同角度观察效果可以加快学生的空间意识建立过程，提高教学质量。当然利用Matlab合成物理图像仅是Matlab强大功能的一个方面。

参考文献：

1.张志涌等著.Matlab教程[M].北京航空航天大学出版社，2010.8.

2.漆安慎 杜婵英.普通物理学教程力学[M]. 高等教育出版社，1997.5.

3.李平舟等著.普通物理实验[M]. 西安电子科技大学出版社，2012.2 .

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